Faradaysches Gesetz: EMK aus einem sich verändernden Bereich

1 · Vorhersagen

Eine Drahtschleife befindet sich in einem festen Magnetfeld, aber ihre eigene Fläche schwingt (stellen Sie sich vor, sie dehnt sich und schrumpft). Induziert dies auch eine EMK, genauso wie eine sich ändernde Feldstärke?

• Ja – das Gesetz von Faraday kümmert sich nur um die Änderung des Gesamtflusses Φ = BA, unabhängig davon, ob B oder A variiert.
• Nein – nur eine sich ändernde Feldstärke induziert EMK, nicht ein sich ändernder Bereich.
• Ein sich verändernder Bereich induziert EMK, allerdings über einen völlig anderen Mechanismus als ein sich veränderndes Feld.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Preset „Changing-Flux-Area“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. Das Feld ist auf 0.5 T festgelegt; Die Fläche der Schleife schwingt als A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
2. Aktivieren Sie die Anzeige der induzierten EMK.
3. Lesen Sie die induzierte EMK zu jedem aufgeführten Zeitpunkt ab.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie die induzierte EMK (y-Achse) gegen die Zeit t (x-Achse) für Ihre drei Messwerte auf und skizzieren Sie, wie sie über eine volle Periode (≈2.86 s) schwingt.

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für einen Versuch EMK = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) unter Verwendung von B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
2. Vergleichen Sie die Struktur dieser Formel mit der des changing-flux-b-Experiments. Erklären Sie, warum beide eine EMK ergeben, die proportional zum Produkt aus der FESTEN Größe (B hier, A dort) und der Änderungsrate der VARIIERTEN Größe ist.

5 · Vertiefen

1. Ein klassischer „Schiebestab“-Generator verändert die umschlossene Fläche eines Stromkreises, indem er eine Seite physisch bewegt, wodurch EMK = BLv (Feld × Stablänge × Schiebegeschwindigkeit) induziert wird – eine mechanische Version genau dieses Flächenänderungseffekts. Erklären Sie, warum eine schnellere Bewegung des Stabes die induzierte EMK erhöht.
2. Einige Mikrofone funktionieren, indem sie einen Magneten in der Nähe eines festen Feldes vibrieren lassen (oder die effektive Fläche einer Spule relativ zu diesem ändern) und Schallschwingungen in einen sich ändernden Fluss und damit in ein Spannungssignal umwandeln. Warum erzeugt ein lauterer Ton (größere Schwingungsamplitude) ein größeres EMK-Signal?

Die Physik hinter diesem Experiment

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